文/趙 敏

制造業(yè)信息化的發(fā)展路徑

歷經(jīng)30年的發(fā)展，中國制造業(yè)信息化的應用，已經(jīng)完成了一般意義上的推廣普及。從應用的范圍上說，甩圖板、二維轉三維、CAD/CAE/CAM集成、PDM和ERP實施、OA和電子商務等都已經(jīng)基本完成。

通常，我們把由CAX/PDM/DMU組成的、支持整個研發(fā)過程的軟件平臺叫做基礎研發(fā)平臺。

基礎研發(fā)平臺的主要作用在于：理順企業(yè)的研發(fā)管理流程，有效地提高研發(fā)效率和降低錯誤率。解決了產(chǎn)品的快速上市（Time To Market）問題。

制造業(yè)信息化的發(fā)展路徑，可以有很多種詮釋的角度。如圖1所示，我們僅僅從產(chǎn)品快速上市(TTM)、產(chǎn)品正確上市(RTM)、產(chǎn)品增值上市(VTM)這三個角度來衡量，就可以大概看出制造業(yè)信息化的一個路線圖。

圖 制造業(yè)信息化發(fā)展之路

在過去的15年里，如何提高產(chǎn)品研發(fā)速度、縮短上市時間曾經(jīng)是企業(yè)關注的核心戰(zhàn)略焦點。因此，企業(yè)最喜歡講的商業(yè)戰(zhàn)略和行動口號是，讓“產(chǎn)品更快上市”，以試圖做到“領先一步，領先一路”。

PLM顯現(xiàn)的瓶頸

進入21世紀，企業(yè)開始重視建立PLM體系，以便讓企業(yè)有能力快速整合或改變產(chǎn)品特征，或快速把來自供應商的產(chǎn)品特征優(yōu)勢結合到自己的產(chǎn)品中來。如此，不僅做到產(chǎn)品快速上市，而且還可以讓正確的產(chǎn)品快速上市。

但是，最近年，以PLM為核心的研發(fā)平臺已經(jīng)顯現(xiàn)出了一定的不足。從實現(xiàn)原理上講，PLM所依靠的是產(chǎn)品信息的集成、研發(fā)系統(tǒng)的柔性和敏捷性，但是在促進技術創(chuàng)新、支持協(xié)同仿真和實現(xiàn)質量管理方面還做得很不夠。因此，在實現(xiàn)“產(chǎn)品增值上市”方面就遇到了瓶頸。

在促進技術創(chuàng)新方面，PLM實現(xiàn)了產(chǎn)品知識的集成，但是沒有實現(xiàn)Know-how知識和創(chuàng)意知識的集成，沒有實現(xiàn)創(chuàng)新方法學的集成。因此在支持創(chuàng)新方面還有很多需要彌補的地方。

在支持協(xié)同仿真方面，PLM可以實現(xiàn)一般CAE軟件的集成，但是無法建立高端的、支持多學科優(yōu)化的協(xié)同仿真環(huán)境，無法建立面向復雜產(chǎn)品研發(fā)的數(shù)字化樣機仿真。因此在仿真水平的提高方面難以再上一個臺階。

在實現(xiàn)質量管理方面，PLM更是遇到了一個難以逾越的“門檻”。從“大質量”的概念來看，質量并不是僅僅意味著產(chǎn)品質量，而是指產(chǎn)品質量、項目質量、經(jīng)營質量等一系列質量的總和。PLM與質量管理之間，看似處處有聯(lián)系，但是又一直沒有一個具體的軟件組成部分來直接實現(xiàn)、管理和控制這種“大質量”。

綜上所述，如果能夠在PLM的基礎上，添加了技術創(chuàng)新、協(xié)同仿真和質量管理這三方面的內(nèi)容，那么，在實現(xiàn)產(chǎn)品增值上市、提高產(chǎn)品技術附加值方面將會顯得游刃有余。

提高產(chǎn)品技術附加值有兩個基本方向，一是創(chuàng)造價值，開發(fā)出具有競爭力、高度差異化的產(chǎn)品；二是減少浪費，有效地降低研發(fā)成本。

提高產(chǎn)品技術附加值的解決方案

1．技術創(chuàng)新的發(fā)展歷程

千百年來，人們最常用的創(chuàng)新方法是試錯法。在100多年前，愛迪生把試錯法發(fā)揮到了極致。盡管愛迪生有很多的發(fā)明創(chuàng)造成果，但是他始終沒有掌握發(fā)明創(chuàng)新的規(guī)律。一直是在創(chuàng)新的道路上摸索前進。

據(jù)統(tǒng)計，人類總結出來的創(chuàng)新的方法有360多種，常用的方法有40多種，例如人們常見的：聯(lián)想法、逆向法、知識鏈法、形態(tài)分析法、屬性列舉法、奧斯本設問法、和田十二法、5WIH法、頭腦風暴法等。

直到1946年，前蘇聯(lián)發(fā)明家根里奇?阿奇舒勒發(fā)現(xiàn)并總結出了發(fā)明創(chuàng)新的規(guī)律，奠定了現(xiàn)代技術創(chuàng)新的理論基礎——TRIZ（發(fā)明問題解決理論），人們才真正跨入了創(chuàng)新的自由王國，領略了創(chuàng)新的規(guī)律與方法。

上個世紀90年代初中期以后，伴隨著前蘇聯(lián)解體，TRIZ開始在全球傳播。在最近幾年，TRIZ與知識工程、知識管理、價值工程、QFD、6-西格瑪、IT技術等相結合，引發(fā)了創(chuàng)新方法與工具的革命，催生了基于創(chuàng)新方法學和知識的第三代CAI軟件，讓技術創(chuàng)新有了專用的信息化工具。CAI的出現(xiàn)，彌補了CAD難以做概念設計的缺點，讓產(chǎn)品的改進可以從原始級創(chuàng)新做起，加大產(chǎn)品的差異化程度。另外，通過引入對新的產(chǎn)品結構、新的工藝、新的材料而實現(xiàn)產(chǎn)品結構的簡化、可靠和去除不必要的功能，可以有效地節(jié)約開發(fā)研發(fā)成本。

現(xiàn)在國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權的CAI軟件是Pro/Innovator。

2．協(xié)同仿真的發(fā)展歷程

廣義的仿真包括CAD、CAM、CAE、CAT等。狹義的仿真專指以CAE為代表的有限元分析工具。早期的CAE軟件特點為單學科，單參數(shù)；使用后或者研制后驗證與校核；無協(xié)同或者團組協(xié)同。

今天的仿真技術，已經(jīng)由過去的單學科、單參數(shù)、事后驗證、無協(xié)同的CAE，發(fā)展到了多學科、多參數(shù)、多場耦合、高性能計算的協(xié)同仿真環(huán)境CSE(Collaborative Simulation Environment)

CAE的目的在于求異，要求在某個學科來做深入、做專業(yè)，例如做強度分析、電磁分析、噪音分析、壽命分析、流程分析等。由于CAE是求異的，因此結構不統(tǒng)一，網(wǎng)格不統(tǒng)一，輸入和輸出不統(tǒng)一，知識表述等也不統(tǒng)一。形成了很多的仿真信息“孤島”。

CSE比較好地解決了以上的問題。以協(xié)同仿真平臺的方式，將產(chǎn)品仿真過程中人、技術、業(yè)務等諸多方面實現(xiàn)協(xié)同，將多學科、多參數(shù)、多場的問題耦合起來計算，由此可以獲得比各個單項CAE更為綜合、更為準確的產(chǎn)品性能參數(shù)，有效地提高產(chǎn)品的技術含量。同時，對于成本敏感型企業(yè)（如汽車業(yè)等），可以通過仿真優(yōu)化產(chǎn)品結構和重量，實現(xiàn)等壽命設計，降低研發(fā)成本。

現(xiàn)在具有自主知識產(chǎn)權的CSE軟件是PERA Simulation。

3．質量管理的發(fā)展歷程

在工業(yè)革命以前，產(chǎn)品質量由個人控制。到了20世紀初，企業(yè)出現(xiàn)了專職的檢驗員和獨立的檢驗部門。

在20世紀30年代 ，休哈特提出了統(tǒng)計質量控制理論。到了60年代，著名的計算機學家費根鮑姆提出了全面質量管理的概念。在20世紀70~80年代，質量管理在日本獲得了空前發(fā)展，產(chǎn)生了諸如JIT、看板生產(chǎn) 、QFD、田口方法等質量工具。

現(xiàn)代質量管理經(jīng)歷了一個“點、線、面、體、網(wǎng)”的發(fā)展軌跡。所謂“點”——質量檢驗階段；“線”——SPC－向過程和預防的前端延伸/發(fā)展；“面”——TQC/CWQC－向所有職能領域的擴展；“體”——TQM－大質量的系統(tǒng)化管理；“網(wǎng)”——面向利益相關方的質量鏈/價值鏈。

可以說現(xiàn)代質量管理的終極目標是“顧客滿意”。最終逐漸向著質量工程(QE)邁進。從管理的模式來說，現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了大質量的系統(tǒng)化管理MDQ。通過MDQ，不僅可以從源頭設計產(chǎn)品質量，提高產(chǎn)品的可靠性，而且可以通過JIT、看板等管理模式，減少不必要的研發(fā)環(huán)節(jié)，簡化不必要的功能，減少時間和原材料的浪費，節(jié)約大量的成本。

現(xiàn)在國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權的MDQ的軟件是QMAX。

企業(yè)對精益研發(fā)的實際需求

在復雜產(chǎn)品的研發(fā)中，如何滿足客戶最關注產(chǎn)品的功能和性能指標是一個復雜的系統(tǒng)工程。目前，作為信息化結果的一個副作用，企業(yè)形成了很多的信息孤島。在精益研發(fā)技術產(chǎn)生之前，產(chǎn)品的功能和性能指標等各種質量數(shù)據(jù)是分散在各個文檔或系統(tǒng)（信息孤島）之中的，在設計任務下達以后，產(chǎn)品的總設計師很難動態(tài)掌握各分系統(tǒng)及零部件的設計對整體功能和性能指標的滿足及影響程度。以航天領域的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)為例，各個分系統(tǒng)、零部件在設計、工藝、生產(chǎn)及裝配過程中，各個零部件的質量數(shù)據(jù)對其最終產(chǎn)品的質量指標的影響往往是不知道的，因此，最終產(chǎn)品的功能和性能指標等質量指標是不可預知的。目前沒有軟件能夠系統(tǒng)的解決這個問題?，F(xiàn)有的CAX/PDM系統(tǒng)也不提供質量數(shù)據(jù)整合功能。

從事復雜產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)，一直希望能有一個集成化的制造業(yè)信息化系統(tǒng)，能夠把物理世界與數(shù)字世界充分關聯(lián)起來，實現(xiàn)二者之間的精確映射，為研發(fā)人員提供一種企業(yè)級的產(chǎn)品數(shù)字化樣機開發(fā)環(huán)境。實現(xiàn)了頂層牽引、系統(tǒng)表達的質量設計思路，讓一個復雜產(chǎn)品的研發(fā)質量（所有技術指標），可以系統(tǒng)、清晰、穩(wěn)定、動態(tài)、完整地掌握在研發(fā)人員的手里，讓產(chǎn)品的質量與可靠性有了系統(tǒng)的保障，讓產(chǎn)品創(chuàng)新有了質的飛躍和效率的提升。同時，還能夠有效地控制和節(jié)約研發(fā)成本。這個“集成化的制造業(yè)信息化系統(tǒng)”的答案，就是精益研發(fā)。

精益研發(fā)的基本內(nèi)涵

什么是精益研發(fā)？精益研發(fā)是一種以精益為目標、以質量總線為統(tǒng)籌、以虛擬樣機為載體的研發(fā)方法。，它集成了技術創(chuàng)新、協(xié)同仿真以及立體質量設計三大核心技術，實現(xiàn)產(chǎn)品質量跨越式的提升。

從前兩節(jié)的介紹可以看出，CAI、CSE、MDQ三大技術均已經(jīng)發(fā)展到了比較成熟的階段，為提升產(chǎn)品的技術附加值，已經(jīng)在制造業(yè)信息化中起到了一般的CAX/PDM所不能起到的作用。同時，來自國內(nèi)復雜產(chǎn)品研發(fā)客戶群體對質量的強烈呼聲，造就了精益研發(fā)的巨大市場空間。可以說，精益研發(fā)從誕生之日起，就具有了中國制造業(yè)信息化的自身特色。

安世亞太充分注意到了這個新的市場動向。及時提出并實現(xiàn)了CAI、CSE、MDQ三大技術的集成，推出了集成化的PERA精益研發(fā)平臺，讓中國的制造業(yè)信息化水平邁上了一個新的臺階。

精益研發(fā)平臺的基本構成與特點
精益研發(fā)平臺由三大子平臺構成：技術創(chuàng)新子平臺，協(xié)同仿真子平臺，質量管理子平臺。三個子平臺既相互關聯(lián)，又可獨立運行。并且可與CAD/CAM/ CAP/PDM 等基礎研發(fā)平臺形成良好的協(xié)同與集成。

質量數(shù)據(jù)總線(QBUS)是安世亞太公司提出的一種通過“信息化看板”來表達和管理產(chǎn)品質量的新技術。

看板技術源于上個世紀70-80年代日本的汽車行業(yè)。確切地說，看板是一個以掛在墻上的“看板”為信息傳輸媒介，結合一套科學的使用方法、規(guī)則而形成的一個生產(chǎn)指令、調(diào)度系統(tǒng)。“信息化看板”是看板技術發(fā)展到今天的一個高級形態(tài)，是表現(xiàn)在計算機界面上的一種“研發(fā)指令、調(diào)度系統(tǒng)”。

“以質量總線為統(tǒng)籌”的意思就是將分散在各個文檔或系統(tǒng)之中的產(chǎn)品的功能和性能指標等各種質量數(shù)據(jù)集中表達在一個信息化看板上，讓產(chǎn)品的總設計師動態(tài)掌握各分系統(tǒng)及零部件的設計對整體功能和性能指標的滿足及影響程度，對最終的產(chǎn)品和項目質量，了然于心。

“精益研發(fā)總線”是安世亞太公司獨有的領先技術。質量數(shù)據(jù)總線是其中即將隆重面世的一個信息化看板技術——在過去，信息化軟件界面帶給人們的是幾何圖形、圖像和數(shù)據(jù)，質量指標往往是間接顯示出來的?，F(xiàn)在質量數(shù)據(jù)可以以總線的方式直接顯示給客戶，使得客戶高層技術管理人員對正在研發(fā)的產(chǎn)品的質量情況一目了然，掌控在手。

作為未來技術的發(fā)展，安世亞太還將在“精益研發(fā)總線”中陸續(xù)加入項目進度總線、成本總線等信息化看板內(nèi)容。

結束語

精益研發(fā)的“前世”是基礎研發(fā)平臺；精益研發(fā)的“今生”將是以綜合提高產(chǎn)品研發(fā)效率和產(chǎn)品技術附加值為目的的制造業(yè)信息化體系。

提高產(chǎn)品技術附加值有兩個基本方向，一是創(chuàng)造價值，開發(fā)出具有競爭力、高度差異化的產(chǎn)品；二是減少浪費，有效地降低研發(fā)成本。

CAI、CSE、MDQ三大技術都可以給分別客戶帶來不同于基礎研發(fā)的價值，而這三大技術的集成與整合將給客戶帶來更高的、超出預期的價值。研發(fā)，將不再僅僅著重于加快產(chǎn)品的上市速度，也將更注重于提升產(chǎn)品的技術附加值?？梢哉f，精益研發(fā)，帶給客戶的利益就是又好又快。